物理学と化学において、「単原子」とは「モノ（mono）」と「アトミック（atomic）」を組み合わせた言葉で、「単一の原子」を意味します。これは通常、気体に適用されます。単原子気体とは、原子が互いに結合していない気体です。標準温度・圧力条件における例としては、すべての希ガス（ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン）が挙げられますが、十分に高い温度（または非常に低い圧力）では、すべての化学元素が気相で単原子状態になります。単原子気体の熱力学的挙動は、多原子気体と比較してはるかに単純です。これは、回転エネルギーや振動エネルギーがないためである。[1]

希ガス

標準温度・圧力（STP）において安定な単一原子（つまり分子ではない）である唯一の化学元素は希ガスです。これらは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンです。希ガスは完全な外価電子殻を持つため、反応性は比較的低いです。[2]これらの元素は歴史的に完全に不活性であると説明されてきましたが、ネオンとヘリウムを除くすべての元素を用いて化合物が合成されています。[3]

窒素(N 2 )などの同核 二原子ガスと一緒にグループ化されると、希ガスは、化合物である分子と区別するために「元素ガス」と呼ばれます。

熱力学的性質

単原子気体中の原子の唯一の可能な運動は並進運動である（室温では電子励起は重要ではない）。したがって、等分配定理により、熱力学温度Tにおける単原子気体の単一原子の運動エネルギーは で与えられる。ここで、k Bはボルツマン定数である。1モルの原子にはアボガドロ数（）個の原子が含まれるため、単原子気体の1モルの原子のエネルギーは であり、ここでRは気体定数である。

断熱過程において、単原子気体の理想化γ係数（C p / C v）は5/3であるのに対し、理想二原子気体では7/5であり、回転（室温では振動ではない）も寄与する。また、理想一原子気体では以下の式が成り立つ：[4] [5] [6]

定圧モル熱容量（ C p）は5/2  R  = 20.8 J⋅K −1 ⋅mol −1（4.97  cal ⋅K −1 ⋅mol −1）である。
定積モル熱容量（C v）は3/2  R  = 12.5 J⋅K −1 ⋅mol −1（2.98 cal⋅K −1 ⋅mol −1）である。

参考文献

  1. ^ 「単原子ガス」. ブリタニカ百科事典. 2016年6月6日閲覧。
  2. ^ ラズロ、ピエール;シュロビルゲン、ゲイリー J. (1988-04-01)。 「Ein Pionier oder mehrere Piioniere? Die Entdeckung der Edelgas-Verbindungen」。アンゲヴァンテ・ケミー。100 (4): 495–506。書誌コード:1988AngCh.100..495L。土井：10.1002/ange.19881000406。ISSN  1521-3757。
  3. ^ Christe, Karl O. (2001-04-17). 「希ガス化学のルネサンス」 . Angewandte Chemie International Edition . 40 (8): 1419– 1421. doi :10.1002/1521-3773(20010417)40:8<1419::aid-anie1419>3.0.co;2-j. ISSN  1521-3773. PMID  11317290.
  4. ^ 理想気体の熱容量
  5. ^ 理想気体の熱容量
  6. ^ 講義3：理想気体の熱力学と熱量測定[永久デッドリンク]、p. 2